L'objectif de la recherche de Felipe Barrera-Osorio est de déterminer l'impact de différentes incitations éducatives sur les résultats d'apprentissage des enfants d'âge scolaire primaire et secondaire dans différents contextes et niveaux de développement de l'éducation. Il utilise des méthodes d'identification pour trouver les effets causals des programmes éducatifs dans un large éventail de résultats. Barrera-Osorio évalue actuellement plusieurs interventions qui utilisent des approches d'assignation aléatoire, de discontinuité de régression, de différence dans la différence et de variables instrumentales. Ses recherches s'étendent à travers des pays sur trois continents : l'Afrique, l'Asie et l'Amérique latine.
Les projets actuels comprennent des interventions qui offrent aux étudiants et aux familles des incitations pour encourager les étudiants à fréquenter et à mieux réussir à l'école. Des exemples de telles interventions comprennent les transferts monétaires conditionnels (Bogota, Colombie et Sindh, Pakistan) ; réductions des frais d'utilisation (Bogota, Colombie) ; bourses d'études (Cambodge) et réduction des temps de trajet (Sindh, Pakistan). D'autres projets visent à modifier le comportement des enseignants et des directeurs.

Des exemples de ces interventions comprennent : des programmes d'incitation pour les enseignants (Punjab, Pakistan) ; de solides systèmes de responsabilisation (Punjab, Pakistan) ; offre privée d'enseignement public (Ouganda et Pakistan) et information des enseignants sur la pédagogie (Ouganda). los Andes, Bogota, Colombie.

Entre 2004 et 2006, il a été directeur adjoint du groupe de réflexion colombien Fedesarrollo. Barrera-Osorio a déménagé aux États-Unis en 2006 pour travailler comme économiste principal à la Banque mondiale à Washington, DC Depuis 2011, il est professeur adjoint d'éducation et d'économie à la Harvard Graduate School of Education. Barrera-Osorio fait partie du comité politique du David Rockefeller Center for Latin American Studies et est affilié au Weatherhead Center for International Affairs de Harvard. Depuis 2007, il fait partie du comité exécutif du Réseau d'évaluation d'impact du LACEA, qu'il a contribué à créer. En 2008, Barrera-Osorio a reçu la médaille Juan Luis Londoño pour la recherche en éducation. La reconnaissance est décernée tous les deux ans à un économiste colombien de moins de 40 ans.